視頻監(jiān)控系統(tǒng)中多畫面處理器的設(shè)計
字符疊加電路由NEC公司μPD6453組成。該芯片可在屏幕上顯示12行、每行24個字符、每個字符為12×18點陣。字符的大小、閃爍頻率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,屏幕的背景色、字符的邊緣色以及字符本身的顏色也可以修改。該芯片內(nèi)部除固化了191個日文、英文字母和數(shù)字等字符的字模以外,還固化了49個漢字(如年、月、日、時)的字模;另外該芯片提供16個字符的RAM空間,供用戶填入自定義字符。由于畫面處理器不需要疊加太多的不同字符,因而本設(shè)計不外加漢字字庫,這樣既節(jié)省了成本和線路板的空間,又簡化了電路結(jié)構(gòu)。μPD6453所需的行、場同步信號及時鐘信號均由FPGA提供。單片機(jī)通過串行數(shù)據(jù)傳輸將一系列命令(包括所要顯示的字符或漢字、字符大小、字符的間距、字符的屬性)送往μPD6453,μPD6453收到命令后再將所要顯示的字符或漢字等信息送至FPGA。
2.8 視頻信號切換電路
該電路由MAX440組成。MAX440是一種內(nèi)含寬帶視頻放大器的高速多路視頻選擇開關(guān),可輸入8路視頻信號,輸出為1路視頻信號。在單片機(jī)的控制下,輸出可與8路視頻輸入中的任一路相連。該芯片的主要特點如下:
?帶寬為110MHz;微分增益為0.04%,微分相位為0.03度;
?開關(guān)切換時間為15ns,轉(zhuǎn)換速率為370V/μs;
?開/關(guān)時的輸入電容為4pF,無需外接補(bǔ)償元件。
2.9 報警信號的接收及處理
由單片機(jī)直接完成,無需經(jīng)過FPGA。當(dāng)有報警發(fā)生時,單片機(jī)收到報警信息,發(fā)出命令使蜂鳴器件發(fā)出警報聲,同時通知FPGA和μPD6453使對應(yīng)的畫面閃爍并出現(xiàn)“報警”字樣。
3 FPGA器件XCS05XL的編程實現(xiàn)原理
所謂編程就是利用單片機(jī)μPD78F0034將事先設(shè)計好的數(shù)據(jù)通過某種方式裝入XCS05XL中,以確定XCS05XL內(nèi)部的CLB和IOB的功能以及布線通道的連接方式,數(shù)據(jù)的寫入只在編程過程中完成。在正常工作期間,存儲單元只用來提供固定的控制信號,編程存儲單元以陣列形式分布在XCS05XL中。每個CLB有幾百個編程數(shù)據(jù)位,每個編程數(shù)據(jù)位定義了一個靜態(tài)存儲單元的狀態(tài),該存儲單元可以控制一個邏輯函數(shù)查找表位、一個數(shù)據(jù)選擇器輸入或一個互連開關(guān)晶體管。Xilinx開發(fā)系統(tǒng)可以將邏輯設(shè)計轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)表文件,它自動將邏輯電路分區(qū)、設(shè)置和布線,以PROM格式產(chǎn)生編程數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)存入PROM中。XCS05XL有三種編程模式:從串模式、主串模式和快速模式。編程開始前,芯片會自動檢測M1和M2腳以確定編程模式,編程結(jié)束后,這些腳就沒有用了。當(dāng)M1和M2腳為高電平時,選從串模式,這也是目前最常用的一種編程模式。實際上,此時M1和M2腳可懸空。如果要選擇主串模式,則M1和M2腳必須與相連或通過1k℃的下拉電阻接地。
圖4所示為μPD78F0034單片機(jī)對FPGA器件XCSO5XL裝載編輯數(shù)據(jù)的示意圖。XCS05XL的編程模式選從串模式,因而其M1、M2腳懸空(即相當(dāng)于接高電平)。XCS05XL的編輯數(shù)據(jù)存儲在單片機(jī)的FLASH ROM里,上電復(fù)位后,單片機(jī)通過P30腳將數(shù)據(jù)串行傳送到XCSO5XL中。XCS05XL所需的編程時鐘(CCLK)信號由單片機(jī)產(chǎn)生,在每個CCLK的上升沿,XCS05XL通過DIN腳接收輸入數(shù)據(jù)。
4 軟硬件設(shè)計時要注意的幾個問題
(1)使用幀存儲器AL422應(yīng)注意的問題
?由于幀存儲器AL422是FIFO DRAM,因而須確保WCK和RCK信號始終有且信號的頻率不低于1MHz,因WCK和RCK中頻率較高者將作為DRAM的刷新時鐘信號。
?在AL422的/RRST信號的上升沿,/RE信號不能為低,這一點在確定FPGA的編程數(shù)據(jù)時要特點注意(因/RRST和/RE信號均由FPGA提供);
?AL422可在5V或3.3V電源電壓下工作,當(dāng)使用5V電源時,其DEC腳(Pin19)須接2.2μF的去耦電容;當(dāng)使用3.3V電源時,DEC腳(Pin19)可直接與3.3V相連,并通過0.1μF電容旁路到地;電容均使用鉭電容。由于使用3.3V時,器件功耗低,且受噪聲干擾小,因而在本設(shè)計中采用了3.3V電源對AL422供電。
(2)為避免視頻信號之間的串?dāng)_,各種模擬視頻信號間均用較粗的地線隔開,且視頻走線足夠?qū)挕?p> 以上介紹了黑白四畫面處理器的設(shè)計。為了節(jié)省線路板空間并使產(chǎn)品小巧玲瓏,所有的元器件及IC芯片均選用貼片式封裝。鑒于篇幅的限制,本文沒有討論多畫面處理器軟件方面的設(shè)計。至于9畫面和16畫面處理器的設(shè)計,其設(shè)計思想及組成方框圖與該4畫面處理器相類似,只不過要增加A/D、AL422及FPGA,軟件編程也復(fù)雜一些。
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